Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 369

ein minimaler Gasvolumenanteil in dem betrachteten Knoten sowie in den darunter und
darüber liegenden Knoten. Liegt ungeschichtete Strömung vor, wird in diesem Modell
zwischen Bereichen verschiedener Wärmestromdichten (bzw. der Temperaturdifferenz
T g − T sat ) unterschieden. Unterhalb der kritischen Wärmestromdichte (Pre-CHF) treten
die in Abb. 5.32 dargestellten Strömungsformen auf. Oberhalb der Filmverdampfungs-
grenze (Post-dryout) kann es zu einer Strömungsumkehr kommen (z. B. inverted annular,
inverted slug). Die Übergangsfunktionen zu den verschiedenen Strömungsformen sind
ausführlich beispielsweise im Programmmanual (RELAP Code Development Team 1995 )
oder ähnlichen Werken beschrieben. Entscheidend für den Benutzer derartiger Simula-
tionsprogramme ist die Prüfung, ob und inwieweit die implementierten Modelle und ins-
besondere deren Begrenzungen dem jeweiligen Anwendungsfall genügen.

5.3.9 Wärmeübergang beim Phasenwechsel

Die Berechnung des Wärmeübergangs in Verdampferrohren hängt von einer Vielzahl von
Einflussgrößen ab. In der Hauptsache sind dies die Massenstromdichte

m , die Wärme-

˙

stromdichte

x , der Siededruck p sat sowie die Stoff-
eigenschaften der flüssigen und gasförmigen Phase des Wärmeträgers. Durch das Auf-
treten einer Zweiphasenströmung gibt es unterschiedliche zuvor beschriebene Strömungs-
formen mit unterschiedlicher Benetzung der Rohrwand.
Zur Berechnung des Wärmeübergangs benötigt man daher die Kenntnis der aktuellen
Strömungsform im betrachteten Rohrsegment. Weiterhin ist zwischen einem senkrech-
ten und einem waagrechten Rohr zu unterscheiden. Die Ermittlung der Strömungsform
mit Hilfe von Strömungsformenkarten ist für Handrechnungen für Abschätzungen sinn-
voll, in der Simulation jedoch müssen die Übergänge der Strömungsformen in funktionale
Abhängigkeiten gebracht werden. Dies führt bei aufwändigen Modellen zu einer wenig
anschaulichen Anhäufung einer Vielzahl von Gleichungen. Aus diesem Grund wird hier
auf die Beschreibung der Berechnung des Wärmeübergangs unter Verwendung der Strö-
mungsformenkarten verzichtet.
Für den Wärmeübergang (außer bei unterkühltem Sieden) in waagrechten Rohren ver-
wendet (Streicher 1991 ) zur Berechnung von Wärmeübergängen in Wärmepumpenkreis-
läufen eine Unterteilung der Strömungsformen, wie sie die Tab. 5.14 zeigt. Der Wärme-
übergangskoeffizient für die unterschiedlichen Bereiche wird dabei als Mischung aus dem
Wärmeübergang für die gesättigte Einphasenströmung α l und dem Wärmeübergangsko-
effizient beim Blasensieden α B berechnet. Für den Bereich der Blasenströmung (Index I )
wird für den mittleren Wärmeübergangskoeffizienten α I , bei

q , der Anteil des Dampfmassenstroms ˙ ˙

x > 0 folgende Beziehung

˙

angenommen:

= α l

· d hg

λ l

= 0 . 023 · Re 0 . 8
l

· Pr 0 . 4
l

(5.192)

( α 2
l

α 2

α I = +

B ) mit N u l

,